Lorsqu'on étudie la végétation par télédétection, les variations de la réflectance mesurées au niveau du capteur satellitaire sont, non seulement liées aux propriétés optiques des feuilles, mais aussi à la structure des formations végétales. La structure d'un couvert végétal n'est pas reliée aux organes végétaux, mais concerne la plante ou le peuplement. Elle prend en compte à la fois des paramètres de structure de la canopée, comme l'indice de surface foliaire ou l'angle d'inclinaison des feuilles, et l'organisation spatiale des peuplements, leur agencement, leur densité, ainsi que le taux de recouvrement du sol selon le stade phénologique. Lorsque la végétation est peu couvrante, la réponse spectrale des plantes est affectée par la réflectance des sols. Les interactions du rayonnement entre la végétation et le sol sont si complexes qu'il est très difficile de corriger l'influence perturbatrice du sol. Le signal mesuré par le capteur intègre généralement les réflectances du sol et de la végétation, comme le schématise la figure ci-dessous (Huete, 1989). Nous verrons dans le paragraphe suivant que certains indices ont été proposés qui tentent de corriger l'influence du sol.

L'indice de surface foliaire

L'indice de surface foliaire (LAI) est le ratio de la surface totale supérieure des feuilles à la surface du sol sur laquelle la végétation se développe. Le LAI est une grandeur sans dimension qui varie en général de 0 pour le sol nu à 8 pour une forêt tempérée dense. Pour des forêts tropicales très fermées ou des forêts de conifères, la valeur du LAI peut dépasser 15 (Schulze, 1982 in Duthoit, 2006). C'est un bon indicateur de la croissance et de la biomasse végétale, ainsi que de la densité d'un peuplement (Weiss, 1998). Le LAI est relié à l'indice de végétation par une fonction logarithmique. On observe en général un pallier à partir des valeurs de LAI de 5 ou 6 (figure ci-dessous), et on estime que pour un couvert végétal avec un LAI supérieur à 5, toute possibilité d'éclairement incident direct du sol sous-jacent est écarté, quelle que soit la géométrie d'éclairement (Slater, 1980).

L'indice de répartition angulaire des feuilles

L'indice de répartition angulaire des feuilles (LAD - Leaf Angle Distribution) correspond à l'inclinaison des feuilles. C'est un paramètre primordial puisque de l'orientation des feuilles dépend la surface foliaire réceptrice et donc la quantité d'énergie directement reçue. Le LAD peut être décrit comme la fonction de répartition des feuilles selon leur inclinaison. Les plus couramment observées, sont les répartitions :

• planophile : les feuilles ont une répartition plutôt horizontale (LAD ~ 0°)
• plagiophile : les feuilles ont une répartition plutôt oblique (LAD ~ 45°)
• extremophile : les feuilles se répartissent de manière horizontale et verticale
• uniforme : la fonction de répartition des inclinaisons est la même, quel que soit l'angle d'inclinaison considéré
• sphérique : la fonction de répartition des inclinaisons correspond à celle qu'auraient les feuilles placées à la surface d'une sphère.

Le LAD dépend bien sur du type de végétation, des contraintes du milieu (disponibilité en lumière, stress hydrique), mais aussi de la géométrie capteur / cible / soleil. En effet, pour un LAD donné, en fonction de la position du soleil et du satellite, donc des angles zénitaux et azimutaux solaire et satellitaire, la réflectance mesurée au niveau du capteur satellitaire variera au cours de la journée. Selon Fensholt (2003), les feuillages orientés horizontalement (planophiles) présentent une variabilité moins importante en terme de réflectance que les autres vis-à-vis de la géométrie capteur / cible / soleil. Ils présentent aussi les réflectances les plus importantes par rapport aux autres répartitions angulaires des feuilles.


Caractéristiques spectrales des sols

La signature spectrale des sols est en général caractérisée par une augmentation progressive de la réflectance depuis les longueurs d'onde du visible jusqu'à celles de l'infrarouge (cf.  les caractéristiques spectrales des principales surfaces naturelles. Les seules discontinuités observées correspondent aux bandes d'absorption de l'eau, à 1,4 μm et 1,9 μm. Fonctions à la fois de la composition minérale et organique des sols, de leur contenu en eau et de la rugosité, les propriétés optiques des sols peuvent présenter une variabilité considérable (figure ci-dessous). Une augmentation de l'humidité du sol entraîne une baisse de la réflectance sur tout le spectre, de même qu'un accroissement de la rugosité (obscurcissement par effet d'ombre).